生命科学研究，生命科学研究的基本方法是什么和实验法
12月13日，我校生命科学学院梁成光教授课题组在自然指数顶级期刊Nature Communications以长文形式在线发表了突破性科研进展，题为“CENP-F-dependent DRP1 function regulates APC/C activity during oocyte meiosis I”，揭示了卵母细胞成熟过程中调控细胞周期转换的一种全新机制。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-35461-5
染色体作为承载遗传物质的细胞结构，其分离过程受到严格调控。在人类生殖和家畜优良品种快速扩繁过程中，配子和胚胎在发育过程中经常会出现染色体非整倍体情况。染色体分离异常将导致非整倍体发生，进而引起胎儿流产、先天出生缺陷和肿瘤发生。对于卵母细胞而言，为确保染色体正确分离，纺锤体组装检验点（SAC）会检查动粒是否附着到纺锤体微管，染色体是否精确排列在中期板。当SAC相关条件满足后，细胞从中期向后期转变，启动染色体分离过程，经过连续两次减数分裂后，最终形成等待受精的成熟卵子。
在实验中，团队成员偶然发现，控制线粒体分裂的动力蛋白相关蛋白DRP1，能够与着丝粒蛋白F（CENP-F）相互作用，并参与调控染色体分离。这一现象与教科书中对DRP1的经典功能阐述截然不同。为了充分验证这一非经典调控机制及阐明分子机理，团队成员经过近十年科研积淀，利用高精度蛋白质谱分析、高分辨显微成像、活细胞动态观测及相关分子与细胞生物学技术，从细胞、亚细胞和分子水平等多个维度开展研究。
团队成员首先证明CENP-F参与了卵母细胞第一次减数分裂中后期转换过程，利用TRIM-AWAY技术对CENP-F进行快速敲减能够显著影响动粒的分布，并导致染色体分离异常（图1）。
图1.CENP-F调控卵母细胞第一次减数分裂中后期转换
接下来，作者通过蛋白质谱、免疫共沉淀及超高分辨成像等技术，以坚实的证据证明了在第一次减数分裂中期DRP1能够被 CENP-F招募到着丝粒上（图2）。
图2.CENP-F在卵母细胞第一次减数分裂中期招募DRP1到着丝粒上
进一步，通过对DRP1的快速敲减，发现DRP1是维持SAC活性的关键分子。DRP1的减少会导致染色体提前分离。进而导致异倍体的发生；相反，DRP1活性的维持可以延缓卵母细胞中-后期转换的发生（图3，图4）
图3.DRP1敲减导致SAC功能异常并引起染色体提前分离
图4.DRP1降解是卵母细胞第一次减数分裂中后期转换的前提条件
为了进一步明确CENP-F/DRP1调控染色体分离的机制，团队成员利用活细胞成像技术动态监测CENP-F/DRP1与细胞周期相关蛋白cyclinB1和CDC20的关系。有趣的是，CENP-F/DRP1在中-后期转换过程中都显示出减少的趋势，DRP1的敲减也会导致cyclinB1和Securin提前降解（图5）。
图5.DRP1缺失导致cyclinB1和Securin提前降解
最后，作者通过Co-IP、体外泛素化实验以及活细胞成像实验证明DRP1可以通过结合APC2以抑制其E3连接酶活性，从而削弱APC/C活性并调控减数分裂后期的启动（图6）。
图6.DRP1通过结合APC2抑制APC/C活性
上述系统的工作证明了DRP1是一种潜在的SAC蛋白，能够被CENP-F招募到着丝粒上，并通过结合APC2调节cyclinB1和Securin的降解，进而调控染色体的分离过程（图7）。
图7.CENP-F招募DRP1调节卵母细胞第一次减数分裂中-后期转换
这一成果拓展了人们对细胞周期调控的认知，为研究配子染色体异倍性发生机理提供了新路径，也为预防染色体异倍性引起的出生缺陷、提高体外受精效率提供了新的治疗靶点。
自然指数（Nature Index）是依托于全球顶级期刊，统计各高校及科研院所在国际最具影响力的研究型学术期刊上发表论文数量的数据库。自然指数是国际公认的、能够衡量机构、国家和地区在自然科学领域的高质量研究产出与合作情况的重要指标，在全球范围内有很大影响力。
我校是该论文的唯一第一作者和通讯作者单位。研究得到了国家自然科学基金（31900596，31960158）、内蒙古自治区自然科学基金(2019ZD09，2019BS03027)、内蒙古自治区科技计划(2019GG103，2021GG0130)、内蒙古自治区重大专项(2021ZD0010，2021ZD0048，2020ZD0008)、内蒙古大学高层次人才启动金(30500-5185142)以及自治区高等学校科学技术研究(NJZY20007)等项目的资助。我校讲师周成杰为第一作者，周成杰及梁成光为共同通讯作者。
梁成光教授课题组
梁成光，教授，博士生导师，在美国斯坦福大学和天普大学完成博士后工作后，于2010年回到母校工作，现任职于内蒙古大学生命科学学院、省部共建国家重点实验室、家畜种质创制与生殖调控研究创新团队。入选教育部新世纪优秀人才支持计划、自治区首批草原英才、自治区杰出青年基金、青年科技英才支持计划、新世纪321人才工程一层次等。曾获中国侨界贡献奖、内蒙古自治区青年科技奖、乌可力奖、内蒙古大学高等教育教学成果奖等；率领团队两度获得“互联网+”大学生创新创业大赛国家铜奖。在国际相关学科主流期刊发表论文40余篇，主编的科普著作《话说克隆技术》入选中共中央宣传部、教育部、共青团中央中小学图书馆推荐书目。担任国际生殖研究协会PI级会员、中国生理学会生殖学科专业委员会理事、中国动物学会生殖生物学分会理事、中国动物学会细胞与分子显微技术学分会理事、内蒙古生物工程学会副理事长；同时担任Biology of Reproduction，Human Reproduction，Molecular Reproduction & Development，Cell Death & Disease，Environmental Toxicology等多种专业期刊的特约编辑和审稿人职务。
来源 ：生命科学学院
编辑 ：孟可媛
校对 ：高嫚聆
责编 ：焦键
主编 ：吴栓虎
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